TWI433468B - 類比數位轉換裝置 - Google Patents

Description

類比數位轉換裝置

本發明是有關於一種類比數位轉換裝置，且特別是有關於一種連續漸進式的類比數位轉換裝置。

類比數位轉換裝置(Analog to Digital Converter,ADC)的架構種類繁多，如快閃式(Flash)ADC、管線式(Pipeline)ADC、連續漸進式(Successive Approximation，SA)ADC與雙階式(Two-Step)ADC。這些ADC架構具備各自適合的應用範圍。

快閃式ADC雖然適用於高速取樣速率的應用中，但其功率消耗大。管線式ADC的特性則是介於快閃式ADC與連續漸進式ADC之間，但管線式ADC需要使用乘法數位類比轉換器(Multiplier Digital-to-Analog Converter，MDAC)。而MDAC內部包括剩餘(Residue)運算比較器，其為負回授架構。因此，剩餘運算比較器將成為管線式ADC在高速取樣頻率應用上的瓶頸。

雙階式ADC又分類為位元循環式(Bit-Cycling)ADC與次範圍式(Subranging)ADC。位元循環式ADC也需要剩餘比較器，故也有類似的問題。根據目前文獻記載，次範圍式ADC能夠突破管線式ADC與採用位元循環式的雙階式ADC的瓶頸，達到高速取樣頻率。

連續漸進式ADC則是一種可以藉由較低的取樣頻率來進行輸入電壓的取樣，並且連續漸進式ADC的功率消耗低且其電路複雜度都較前述幾種的ADC為低。

本發明提供一種類比數位轉換裝置，可以快速的產生類比數位的轉換結果。

本發明提出一種類比數位轉換裝置，包括比較器、第一電容模組、第一開關模組、第二電容模組、第二開關模組以及輸入端開關。比較器具有第一輸入端、第二輸入端以及輸出端。第一電容模組具有多個第一電容，第一電容的一端共同耦接比較器的第一輸入端。第一開關模組具有多個第一開關單元，各第一開關單元分別耦接在對應的各第一電容的另一端。各第一開關單元並依據第一控制信號使各第一電容耦接至接地電壓、第一參考電壓或第二參考電壓。第二電容模組具有多個第二電容，第二電容的一端共同耦接比較器的第二輸入端。第二開關模組具有多個第二開關單元，各第二開關單元分別耦接在對應的各第二電容的另一端，各第二開關單元並依據第二控制信號使各第二電容耦接至第一參考電壓或第二參考電壓。輸入端開關耦接比較器的第一、二輸入端，並依據初始化信號，使比較器的第一、第二輸入端分別與接地電壓及輸入電壓的耦接路徑連接或斷開。

在本發明之一實施例中，上述之類比數位轉換裝置更包括控制器。控制器耦接比較器的輸出端，依據比較器的輸出端所產生輸出信號以連續漸進(successive approximation,SAR)方式來產生第一及第二控制信號，控制器更接收並依據輸出信號來產生數位轉換結果。

在本發明之一實施例中，上述之第一電容模組中的第i+1個第一電容的電容值為第i個第一電容的電容值的兩倍，其中i為正整數。

在本發明之一實施例中，上述之第二電容模組中的第i+1個第二電容的電容值為第i個第二電容的電容值的兩倍，其中i為正整數。

在本發明之一實施例中，上述之各第一開關模組包括第一、第二及第三開關。第一開關的一端耦接對應的各第一電容的另一端，其另一端耦接接地電壓。第二開關的一端耦接對應的各第一電容的另一端，其另一端耦接第一參考電壓。第三開關的一端耦接對應的各第一電容的另一端，其另一端耦接第二參考電壓。其中，第一、第二以及第三開關中的其中之一受控於第一控制信號而導通。

在本發明之一實施例中，上述之各第一開關模組包括選擇器。選擇器具有輸出端及多個輸入端，其輸出端耦接對應的各第一電容的另一端，其輸入端分別接收接地電壓、第一參考電壓以及第二參考電壓。選擇器受控於第一控制信號並依據第一控制信號傳送接地電壓、第一參考電壓或第二參考電壓至對應的各第一電容。

在本發明之一實施例中，上述之各第二開關模組包括第一開關以及第二開關。第一開關的一端耦接對應的各第二電容的另一端，其另一端耦接第一參考電壓。第二開關的一端耦接對應的各第二電容的另一端，其另一端耦接第二參考電壓。其中，第一以及第二開關中的其中之一受控於第二控制信號而導通。

在本發明之一實施例中，上述之各第二開關模組包括選擇器。選擇器具有輸出端及多個輸入端，其輸出端耦接對應的各第二電容的另一端，其輸入端分別接收第一參考電壓以及第二參考電壓。選擇器受控於第二控制信號並依據第二控制信號傳送第一參考電壓或第二參考電壓至對應的各第二電容。

在本發明之一實施例中，類比數位轉換裝置更包括第一參考電容、第二參考電容以及參考開關。第一參考電容串接在比較器的第一輸入端與接地電壓間。第二參考電容的一端耦接比較器的第二輸入端。參考開關串接在第二參考電容的另一端與第一參考電壓間，並受控於第三控制信號。

在本發明之一實施例中，上述之第一參考電壓與該第二參考電壓的關係為Vref2=(1－1/2^m )Vref1，其中，Vref2為第二參考電壓的電壓值，Vref1為第一參考電壓的電壓值，m為第一電容模組中的第一電容的總數。

基於上述，本發明利用將兩組電容模組分開連接在比較器的第一及第二輸入端上，來使數位轉換結果的產生可以更為快速。並且，類比數位轉換裝置的轉換誤差僅與電容模組內部的電容值匹配狀況有關，與電容模組間的電容值匹配狀況無關，可以更有效的降低轉換誤差。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

首先請參照圖1，圖1繪示本發明的一實施例的類比數位轉換裝置100的示意圖。類比數位轉換裝置100包括比較器160、電容模組120、140、開關模組110、130、輸入端開關150以及控制器170。比較器160具有輸入端IN1、IN2以及輸出端OU1。電容模組120具有多個電容C1~Cm(在本實施例中，電容模組120具有m個電容，m為正整數)，電容C1~Cm的一端共同耦接至比較器160的輸入端IN1，而電容模組120中的電容C1~Cm的另一端則耦接至開關模組110。開關模組110同樣具有m個開關單元111~11m，開關單元111~11m的一端分別耦接至其所對應的電容C1~Cm另一個未與比較器160的輸入端IN1耦接的端點。舉例來說，也就是電容C3串接在開關單元113與比較器160的輸入端IN1間。

另外，開關單元111~11m另接收參考電壓Vref1、Vref2以及接地電壓GND。開關單元111~11m受控於控制信號CTRL1以使其所對應的電容C1~Cm接收參考電壓Vref1、Vref2以及接地電壓GND的其中之一。

在比較器160的另一個輸入端IN2上，耦接有電容模組140。容模組140具有多個電容C1~C(n-m)(在本實施例中，電容模組140具有n-m個電容，n為正整數且大於m)，電容C(m+1)~Cn的一端共同耦接至比較器160的輸入端IN2，而電容模組140中的電容C(m+1)~Cn的另一端則耦接至開關模組130。開關模組130同樣具有n-m個開關單元131~13(n-m)，開關單元131~13(n-m)的一端分別耦接至其所對應的電容C(m+1)~Cn另一個未與比較器160的輸入端IN2耦接的端點。舉例來說，也就是電容C(m+1)串接在開關單元131與比較器160的輸入端IN2間。

在此請注意，在電容模組120中，電容C1~Cm間電容值是有一個比例關係存在的。在本實施例中，電容模組120中的第i+1個電容的電容值為第i個電容的電容值的兩倍，其中i為1~m的正整數。簡單來說，電容C2的電容值為電容C1的電容值的兩倍，而電容C3的電容值則為電容C2的電容值的兩倍。若以比例的關係來看，電容C1~Cm的電容值比為1：2：4：8...：2^m-1 。

相類似的，在電容模組140中也有相同的狀態。也就是，電容模組140中的電容C(m+2)的電容值為電容C(m+1)的電容值的兩倍。同樣的，以比例的關係來看，電容C(m+1)~Cn的電容值比為1：2：4：8...：2^n-m-1 。

在另一方面，參考電壓Vref1以及Vref2是用來分別提供給開關模組110、130來作選擇的。其中，參考電壓Vref1是一個預先設定的值。參考電壓Vref1最好是設定在略大於類比數位轉換裝置100所可能接收的輸入電壓Vi的最大值。也就是說，類比數位轉換裝置100所可能接收的輸入電壓Vi會介於接地電壓GND與參考電壓Vref1間。而參考電壓Vref2則依據電容模組120中所包括的電容C1~Cm的總數(等於m)來設定。進一步來說，參考電壓Vref2=(1－1/2^m )Vref1。

輸入端開關150耦接比較器160的兩個輸入端IN1、IN2。輸入端開關150依據初始化信號INI，使比較器160的輸入端IN1、IN2分別與接地電壓GND及輸入電壓Vi的耦接路徑連接或斷開。輸入端開關150可以利用兩個開關SW51、SW52來建構。其中的開關SW51串接在比較器160的輸入端IN1與接地電壓GND間，而開關SW52則串接在比較器160的輸入端IN2與輸入電壓Vi間。簡單來說，當類比數位轉換裝置100要進行類比數位的轉換動作的一開始，開關SW51及SW52同時依據初始化信號INI而導通比較器160的輸入端IN1、IN2與接地電壓GND、輸入電壓Vi的連接路徑，同時，輸入電壓Vi被取樣並存在比較器160的輸入端IN1、IN2間。

控制器170耦接至比較器160的輸出端OU1。控制器160依據比較器160的輸出端OU1所產生輸出信號以連續漸進(successive approximation,SAR)方式來產生控制信號CTRL1、CTRL2。控制器170更接收並依據比較器160的輸出端OU1所產生的輸出信號來產生數位轉換結果ADR。

類比數位轉換裝置100更包括參考電容CA1、CA2以及參考開關SWA1。參考電容CA1串接在比較器160的輸入端IN1與接地電壓GND間，參考電容CA2則串接在比較器160的輸入端IN2與參考開關SWA1間，參考開關SWA1則串接在參考電容CA2與參考電壓Vref1間。其中在本實施例中，參考電容CA1與電容C1的電容值比是1：1，而參考電容CA2與電容C(m+1)的電容值比同樣也是1：1。

關於開關單元的實施方式，則請參照圖2A、圖2B、圖3A以及圖3B的繪示。其中，圖2A~圖2B繪示本發明實施例的開關模組110中的開關單元的實施方式，圖3A~圖3B繪示本發明實施例的開關模組130中的開關單元的實施方式。

首先請參照圖2A，開關模組110中的開關單元可以利用三個開關SW1~SW3來建構，其中，開關SW1~SW3中的一端與開關模組110對應連接的電容中未與比較器160的輸入端IN1連接的另一端INA，而開關SW1、SW2及SW3不共同耦接的端點則分別接收參考電壓Vref1、Vref2以及接地電壓GND。在此請注意，開關SW1、SW2及SW3受控於控制信號CTRL1，並且，其中至多只有一個開關會被導通。也就是說，開關SW1~SW3的共同耦接的端點上並不會發生同時傳送兩個以上的不同的電壓的現象。

接著請參照圖2B，開關模組110中的開關單元可以利用選擇器210來建構，選擇器210的一端耦接端點INA。並且選擇器210依據控制信號CTRL1來選擇參考電壓Vref1、Vref2或接地電壓GND中的一個來傳送至端點INA上。

與圖2A、圖2B繪示相同原理，在圖3A的繪示中，開關模組130中的開關單元可以利用二個開關SW4~SW5來建構。開關SW4與開關SW5的一端與開關模組130對應連接的電容中未與比較器160的輸入端IN2連接的另一端INJ共同耦接。開關SW4及SW5不共同耦接的端點則分別接收參考電壓Vref1、Vref2。開關SW1及SW2受控於控制信號CTRL2，並且，其中至多只有一個開關會被導通。也就是說，開關SW1、SW2的共同耦接的端點上並不會發生同時傳送兩個以上的不同的電壓的現象。

接著請參照圖3B，開關模組110中的開關單元可以利用選擇器310來建構，選擇器310的一端耦接端點INJ。並且選擇器310依據控制信號CTRL2來選擇參考電壓Vref1或Vref2中的一個來傳送至端點INJ上。

以下將以3位元類比數位轉換裝置為例，針對本發明實施例的類比數位轉換裝置100提出一個實際的操作狀態，並加以說明。使本領域具通常知識者都可以輕易瞭解本發明，並進而具以實施。

以下請同時參照圖1及圖4A~圖4H，圖4A~圖4H分別繪示類比數位轉換裝置100的動作流程的等效電路圖。在圖4A的繪示中，輸入端開關150中的開關SW51、SW52先行導通並使比較器160的輸入端IN1及IN2分別接收接地電壓GND以及輸入電壓Vi，並藉此對輸入電壓Vi進行取樣。同時，開關模組110中的開關單元同時選擇傳送接地電壓GND至電容C1及C2上，其中，電容C2的電容值為電容C1的電容值的兩倍。另外，在同一時間中，參考開關SWA1導通使參考電壓Vref1被提供至參考電容CA2上。開關模組130中的開關單元選擇提供參考電壓Vref1至電容C3及C4，而電容C4的電容值為電容C3的電容值的兩倍。另外，參考電容CA1、CA2的電容值分別等於電容C1及C3的電容值。

在完成上述對入電壓Vi的取樣動作後，接著請參照圖4B。在圖4B的繪示中，輸入端開關150中的開關SW51、SW52斷開。同時，開關模組110中的開關單元選擇傳送接地電壓GND至電容C1，並選擇參考電壓Vref1至電容C2上。且在同一時間中，開關模組130中的開關單元保持選擇提供參考電壓Vref1至電容C3及C4。此時由於電容C2原先耦接接地電壓GND的端點被變更耦接至參考電壓Vref1，因此比較器160的輸入端IN1上的電壓將變更為等於二分之一的參考電壓Vref1(依據電容C1、C2及參考電容CA1內的電荷分配的結果)。也因此，比較器160在此時針對其兩輸入端IN1、IN2的電壓進行比對，就可以獲知輸入電壓Vi與二分之一的參考電壓Vref1的大小關係。若是輸入電壓Vi(呈現在比較器160的輸入端IN2)大於二分之一的參考電壓Vref1(呈現在比較器160的輸入端IN1)時，控制器170可以依據比較器160輸出端OU1的電壓來設定數位轉換結果ADR的最高位元等於“1”。相反的，若是輸入電壓Vi不大於二分之一的參考電壓Vref1設定數位轉換結果ADR的最高位元等於“0”。

而當控制器170偵測出輸入電壓Vi大於二分之一的參考電壓Vref1時，則對應產生控制信號CTRL1、CTRL2來控制開關模組110及130並產生如圖4C的等效電路圖。請參照圖4C，開關模組110中的開關單元選擇傳送參考電壓Vref1至電容C1及C2。而開關模組130中的開關單元保持選擇提供參考電壓Vref1至電容C3及C4。由於電容C1原先耦接接地電壓GND的端點被變更耦接至參考電壓Vref1，因此比較器160的輸入端IN1上的電壓將上升為等於四分之三的參考電壓Vref1(依據電容C1、C2及參考電容CA1內的電荷分配的結果)。如此一來，比較器160將針對輸入電壓Vi與四分之三的參考電壓Vref1進行比較。若是輸入電壓Vi大於四分之三的參考電壓Vref1時，控制器170可以依據比較器160輸出端OU1的電壓來設定數位轉換結果ADR的次高位元等於“1”。相反的，若是輸入電壓Vi不大於四分之三的參考電壓Vref1設定數位轉換結果ADR的次高位元等於“0”。

接著，當控制器170偵測出輸入電壓Vi大於四分之三的參考電壓Vref1時，則對應產生控制信號CTRL1、CTRL2來控制開關模組110及130並產生如圖4D的等效電路圖。請參照圖4D，開關模組110中的開關單元保持選擇傳送參考電壓Vref1至電容C1及C2。而開關模組130中的開關單元選擇提供參考電壓Vref2(=3/4Vref1)至電容C4，並提供參考電壓Vref1至電容C3。如此一來，比較器160的輸入端IN1上的電壓保持等於四分之三的參考電壓Vref1，而比較器160的輸入端IN2上的電壓變更為等於輸入電壓Vi減去八分之一的參考電壓Vref1(依據電容C3、C4及參考電容CA2內的電荷分配的結果)。也就是說，比較器160將針對輸入電壓Vi與八分之七的參考電壓Vref1進行比較。若是輸入電壓Vi大於八分之七的參考電壓Vref1時，控制器170可以依據比較器160輸出端OU1的電壓來設定數位轉換結果ADR的最低位元等於“1”。相反的，若是輸入電壓Vi不大於八分之七的參考電壓Vref1設定數位轉換結果ADR的最低位元等於“0”。

相對的，若是在圖4C的繪示中，當控制器170偵測出輸入電壓Vi不大於四分之三的參考電壓Vref1時，則對應產生控制信號CTRL1、CTRL2來控制開關模組110及130並產生如圖4E的等效電路圖。請參照圖4E，開關模組110中的開關單元選擇傳送參考電壓Vref1至電容C1，並選擇參考電壓Vref2傳送至電容C2。而開關模組130中的開關單元選擇提供參考電壓Vref1至電容C3、C4。由於電容C1原先耦接參考電壓Vref1的端點被變更耦接至四分之三參考電壓Vref1，因此比較器160的輸入端IN1上的電壓將變更為等於八分之五的參考電壓Vref1(依據電容C1、C2及參考電容CA1內的電荷分配的結果)將針對輸入電壓Vi與八分之五的參考電壓Vref1進行比較。若是輸入電壓Vi大於八分之五的參考電壓Vref1時，控制器170可以依據比較器160輸出端OU1的電壓來設定數位轉換結果ADR的最低位元等於“1”。相反的，若是輸入電壓Vi不大於八分之五的參考電壓Vref1設定數位轉換結果ADR的最低位元等於“0”。

圖4F的繪示則是當在圖4B的繪示中，而當控制器170偵測出輸入電壓Vi不大於二分之一的參考電壓Vref1時，則對應產生控制信號CTRL1、CTRL2來控制開關模組110及130並產生如圖4F的等效電路圖。請參照圖4F，開關模組110中的開關單元選擇分別傳送參考電壓Vref1及接地電壓GND至電容C1及C2。而開關模組130中的開關單元保持選擇提供參考電壓Vref1至電容C3及C4。此時，比較器160的輸入端IN1上的電壓等於四分之一的參考電壓Vref1(依據電容C1、C2及參考電容CA1內的電荷分配的結果)，而比較器160的輸入端IN2上的電壓保持等於輸入電壓Vi。比較器160針對其兩輸入端IN1、IN2的電壓進行比對，並可以獲知輸入電壓Vi與四分之一的參考電壓Vref1的大小關係。若是輸入電壓Vi大於四分之一的參考電壓Vref1時，控制器170可以依據比較器160輸出端OU1的電壓來設定數位轉換結果ADR的次高位元等於“1”。相反的，若是輸入電壓Vi不大於四分之一的參考電壓Vref1設定數位轉換結果ADR的次高位元等於“0”。

若是在圖4F的繪示中，當控制器170偵測出輸入電壓Vi大於四分之一的參考電壓Vref1時，則對應產生控制信號CTRL1、CTRL2來控制開關模組110及130並產生如圖4G的等效電路圖。請參照圖4G，開關模組110中的開關單元分別選擇傳送參考電壓Vref1及接地電壓GND至電容C1及C2。而開關模組130中的開關單元選擇提供參考電壓Vref1至電容C3，並選擇四分之三參考電壓Vref2至電容C4。比較器160的輸入端IN1上的電壓等於四分之一的參考電壓Vref1。而比較器160的輸入端IN2上的電壓將變更為輸入電壓Vi減去八分之一的參考電壓Vref1(依據電容C3、C4及參考電容CA2內的電荷分配的結果)。也就是說，比較器160將針對輸入電壓Vi與八分之三的參考電壓Vref1進行比較。若是輸入電壓Vi大於八分之三的參考電壓Vref1時，控制器170可以依據比較器160輸出端OU1的電壓來設定數位轉換結果ADR的最低位元等於“1”。相反的，若是輸入電壓Vi不大於八分之三的參考電壓Vref1設定數位轉換結果ADR的最低位元等於“0”。

若是在圖4F的繪示中，當控制器170偵測出輸入電壓Vi不大於四分之一的參考電壓Vref1時，則對應產生控制信號CTRL1、CTRL2來控制開關模組110及130並產生如圖4H的等效電路圖。請參照圖4H，開關模組110中的開關單元選擇傳送接地電壓GND至電容C1以及C2，。而開關模組130中的開關單元選擇分別提供參考電壓Vref1以及四分之三參考電壓Vref1至電容C3及C4。此時，比較器160的輸入端IN1上的電壓等於接地電壓GND(依據電容C1、C2及參考電容CA1內的電荷分配的結果)。而比較器160的輸入端IN2上的電壓等於輸入電壓Vi減去八分之一的參考電壓Vref1。也就是說，比較器160將針對輸入電壓Vi與八分之一的參考電壓Vref1進行比較。若是輸入電壓Vi大於八分之一的參考電壓Vref1時，控制器170可以依據比較器160輸出端OU1的電壓來設定數位轉換結果ADR的最低位元等於“1”。相反的，若是輸入電壓Vi不大於八分之一的參考電壓Vref1設定數位轉換結果ADR的最低位元等於“0”。

本發明的實施例把電容模組120、140分配於比較器160兩端，其中的輸入端IN1為最大位元(MSB)組，並無特定哪部份為最小位元組(LSB)。在類比數位轉換的過程中，兩輸入端IN1、IN2的電容會依序切換。開始比較時，輸入端IN1仍舊保持取樣的輸入電壓Vi的電壓值，MSB組電容依序接參考電壓Vref1。由於接點電位改變，重新分配之後的電荷，會改變比較器160輸入端IN1、IN2上的電位。並藉由比較兩入端IN1、IN2的電位高低，以此比較結果決定下一位元。在比較器160比較完一半的位元時，使用另一組參考電壓Vref2，並參考前一位元比較結果在兩入端IN1、IN2的電容依序切換，直到結束。

以下針對本發明實施例的N位元(N為正整數)的類比數位轉換裝置的類比數位轉換流程的動作進行說明，使本領域具通常知識者都可以輕易瞭解本發明，並進而具以實施。

請參照圖5，圖5繪示本發明實施例的N位元類比數位轉換裝置的動作流程圖。首先，進行取樣輸入電壓Vi並使運算放大器的輸出端IN2上的電壓V+等於輸入電壓Vi，且使運算放大器的輸出端IN1上的電壓V-等於0伏特(S510)。接著設定進行轉換的為數位最高位元(i=1)，同時，維持電壓V+等於輸入電壓Vi，電壓V-則改變為等於二分之一參考電壓(=VREF/2)(S520)。接著則透過電壓V+及V-的大小的判斷(S530)，就可以得知此位元的邏輯值為“1”或是“0”。

此外，當判斷出電壓V+大於電壓V-時，維持電壓V+不改變，並變更電壓V-等於電壓V-加上VREF/(2ⁱ⁺¹ )(S531)，相反的，若是當判斷出電壓V+不大於電壓V-時，維持電壓V+不改變，並變更電壓V-為VREF/(2ⁱ⁺¹ )。在當電壓V+以及電壓V-進行了如上述步驟S531或S532的變化時，則可以進行下一個位元(i=i+1)(S541)的類比數位轉換動作。

上述的步驟S530、S531、S532及S541會被重覆執行直到N個位元的前二分之一高位元被轉換完成後結束。也就是在步驟S540中，在當i不大於N/2時，會重覆執行步驟S530、S531、S532及S541。

另外，在當i大於N/2後，會先判斷i是否等於N(S550)，也就是判斷N個位元是否都完成類比數位轉換。若N個位元尚未都完成類比數位轉換，則持續遞增i(i=i+1)(S560)，並判斷電壓V+及V-的大小(S570)。若此時，電壓V+大於電壓V-時，則使電壓V+減去VREF/(2ⁱ⁺¹ )，電壓V-維持不變(S571)，相反的，電壓V+不大於電壓V-時，則使電壓V-變成VREF/(2ⁱ⁺¹ )，並使電壓V+維持不變(S572)。

在此，步驟S560、S570、S571及S572會被重覆執行直到N個位元中的後二分之一位元完成類比數位轉換動作。如此一來，本發明實施例的N位元類比數位轉換動作就可以順利完成。

綜上所述，本發明藉由成對的電容模組配置在比較器的兩輸入端，並透過電容間的電荷分配來改變輸入電壓與參考電壓的多個比例，來達到針對入電壓進行類比數位轉換的效果。由於高位元組與低位元組的轉換被分開在不同的電容模組中進行，因此轉換的速率得以提高。並且，轉換的誤差與不同輸入端上的不同的電容模組的電容匹配無關，也可以有效降低因電容匹配的不正確而產生的轉換誤差。另外，本發明並不需要提供中間值的共用電壓，也可降低電路的成本。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100．．．類比數位轉換裝置

120、140．．．電容模組

110、130．．．開關模組

150．．．輸入端開關

170．．．控制器

160．．．比較器

210、310．．．選擇器

111~11m、131~13(n-m)．．．開關單元

SW51、SW52、SWA1、SW1~SW5．．．開關

Vref1、Vref2．．．參考電壓

IN1、IN2．．．輸入端

OU1．．．輸出端

C1~Cn、CA1、CA2．．．電容

GND．．．接地電壓

CTRL1、CTRL2．．．控制信號

INI．．．初始化信號

ADR．．．數位轉換結果

Vi．．．輸入電壓

INA、INJ．．．端點

圖1繪示本發明的一實施例的類比數位轉換裝置100的示意圖。

圖2A~圖2B繪示本發明實施例的開關模組110中的開關單元的實施方式。

圖3A~圖3B繪示本發明實施例的開關模組130中的開關單元的實施方式。

圖4A~圖4H分別繪示類比數位轉換裝置100的動作流程的等效電路圖。

圖5繪示本發明實施例的N位元類比數位轉換裝置的動作流程圖。

100．．．類比數位轉換裝置

120、140．．．電容模組

110、130．．．開關模組

150．．．輸入端開關

170．．．控制器

160．．．比較器

111~11m、131~13(n-m)．．．開關單元

SW51、SW52、SWA1．．．開關

Vref1、Vref2．．．參考電壓

IN1、IN2．．．輸入端

OU1．．．輸出端

C1~Cn、CA1、CA2．．．電容

GND．．．接地電壓

CTRL1、CTRL2．．．控制信號

INI．．．初始化信號

ADR．．．數位轉換結果

Vi．．．輸入電壓

Claims (9)

1. 一種類比數位轉換裝置，包括：一比較器，具有第一輸入端、第二輸入端以及輸出端；一第一電容模組，具有多數個第一電容，該些第一電容的一端共同耦接該比較器的第一輸入端；一第一開關模組，具有多數個第一開關單元，各該第一開關單元分別耦接在對應的各該第一電容的另一端，各該第一開關單元並依據一第一控制信號使各該第一電容耦接至一接地電壓、一第一參考電壓或一第二參考電壓；一第二電容模組，具有多數個第二電容，該些第二電容的一端共同耦接該比較器的第二輸入端；一第二開關模組，具有多數個第二開關單元，各該第二開關單元分別耦接在對應的各該第二電容的另一端，各該第二開關單元並依據一第二控制信號使各該第二電容耦接至該第一參考電壓或該第二參考電壓；一輸入端開關，耦接該比較器的第一、二輸入端，依據一初始化信號，使該比較器的第一、第二輸入端分別與該接地電壓及一輸入電壓的耦接路徑連接或斷開；以及一第一參考電容，串接在該比較器的第一輸入端與該接地電壓間；一第二參考電容，其一端耦接該比較器的第二輸入端；以及一參考開關，串接在該第二參考電容的另一端與該第一參考電壓間，並受控於一第三控制信號。
2. 如申請專利範圍第1項所述之類比數位轉換裝置，其中該類比數位轉換裝置更包括：一控制器，耦接該比較器的輸出端，依據該比較器的輸出端所產生一輸出信號以一連續漸進(successive approximation,SAR)方式來產生該第一及該第二控制信號，該控制器更接收並依據該輸出信號來產生一數位轉換結果。
3. 如申請專利範圍第1項所述之類比數位轉換裝置，其中該第一電容模組中的第i+1個第一電容的電容值為第i個第一電容的電容值的兩倍，其中i為正整數。
4. 如申請專利範圍第1項所述之類比數位轉換裝置，其中該第二電容模組中的第i+1個第二電容的電容值為第i個第二電容的電容值的兩倍，其中i為正整數。
5. 如申請專利範圍第1項所述之類比數位轉換裝置，其中各該第一開關單元包括：一第一開關，其一端耦接對應的各該第一電容的另一端，其另一端耦接該接地電壓；一第二開關，其一端耦接對應的各該第一電容的另一端，其另一端耦接該第一參考電壓；以及一第三開關，其一端耦接對應的各該第一電容的另一端，其另一端耦接該第二參考電壓，其中該第一、該第二以及該第三開關中的其中之一受控於該第一控制信號而導通。
6. 如申請專利範圍第1項所述之類比數位轉換裝 置，其中各該第一開關單元包括：一選擇器，具有輸出端及多個輸入端，其輸出端耦接對應的各該第一電容的另一端，其輸入端分別接收該接地電壓、該第一參考電壓以及該第二參考電壓，該選擇器受控於該第一控制信號並依據該第一控制信號傳送該接地電壓、該第一參考電壓或該第二參考電壓至對應的各該第一電容。
7. 如申請專利範圍第1項所述之類比數位轉換裝置，其中各該第二開關單元包括：一第一開關，其一端耦接對應的各該第二電容的另一端，其另一端耦接該接地電壓；以及一第二開關，其一端耦接對應的各該第二電容的另一端，其另一端耦接該第一參考電壓，其中該第一以及該第二開關中的其中之一受控於該第二控制信號而導通。
8. 如申請專利範圍第1項所述之類比數位轉換裝置，其中各該第二開關模組包括：一選擇器，具有輸出端及多個輸入端，其輸出端耦接對應的各該第二電容的另一端，其輸入端分別接收該接地電壓以及該第一參考電壓，該選擇器受控於該第二控制信號並依據該第二控制信號傳送該接地電壓或該第一參考電壓至對應的各該第二電容。
9. 如申請專利範圍第1項所述之類比數位轉換裝置，其中該第一參考電壓與該第二參考電壓的關係為Vref2 =(1-1/2^m )Vref1，其中，Vref1為該第二參考電壓的電壓值，Vref1為該第一參考電壓的電壓值，m為該第一電容模組中的該些第一電容的總數。